medición de potencia en corriente directa

1. U.P.T.C. Formación básica profesional. Área (Eléctrica – Electrónica)
Facultad Seccional Duitama Medidas eléctricas y electrónicas
Escuela de Ingeniería Electromecánica 8109247
Informe Nº 5 Medicion De Potencia En Corriente Directa
John Alexander Espitia Barrera (201011269), Andrés Leonardo Caro Niño (201011485), Sergio Andrés Díaz Guevara
(201021262)
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia-Sede Duitama
Junio 3 de 2014
Abstract- In the field of measurement of power there
are many critical variables involved in making the
correct values for the measurement, such as having a
measuring instrument that is within the rules. Is also
important to note that the errors are implicit in
measurements. The following practices will determine
the power delivered by a source and the power
dissipated by a resistor taking into account also the
errors in the calculation of the measurements.
Palabras claves: potencia, Corriente, voltaje,
Resistencia y error en mediciones.
I. INTRODUCCION
Es necesario conocer los errores cometidos al calcular la
medida de una magnitud de cualquier fenómeno físico
los diferentes valores; en el siguiente laboratorio se
busca identificar la potencia eléctrica suministrada por
una fuente de corriente directa en base a los parámetros
del circuito, se determinara la potencia entregada a un
resistor de carga, calculando el error cometido al
calcular el valor de la potencia disipada por una carga.
II. OBJETIVOS
• Calcular la potencia entregada por una fuente D.C.
a una carga resistiva.
• Determinar el error relativo absoluto cometido al
calcular la potencia disipada por el resistor de
carga.
• Hallar el efecto de carga del voltímetro sobre el
resistor de carga.
III. AUTOEXAMEN
• Deduzca una ecuación que le permita determinar la
propagación del error al calcular los valores de la
potencia disipada por el resistor, para las dos
variantes empleadas.
Primera variante: potencia disipada por el voltímetro.
Figura 1.
Potencia disipada por el resistor:
Error absoluto:
Error relativo:
Segunda variante: potencia disipada por el
amperímetro.
Figura 2.
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Error absoluto:
Error relativo:
• Deduzca una ecuación que permita determinar el
efecto de carga para las variantes a) y b) y
compárelas.
A la descarga de la batería del multímetro se le atribuye
el error del efecto de carga, la ecuación que explica este
error es la ecuación de voltaje de Ohm.
En la práctica se registraron una serie de datos variando
el voltaje, y simultáneamente se observaba el
comportamiento de la corriente en el mismo, al graficar
este proceso se observa un comportamiento lineal, que
idealmente pasa por el punto (0,0) si esto no sucede es
porque el multímetro está arrojando un error de efecto
de carga.
Figura 3.
• ¿Qué otros elementos se podrían usar para medir
potencias en D.C.?
Se podría emplear una pinza amperimétrica que es un
tipo de amperímetro que permite omitir el inconveniente
de instalar el amperímetro clásico en serie en el circuito
en el que se quiere medir la corriente. El funcionamiento
de la pinza se basa en la medida indirecta de la corriente
circulante por un conductor a partir del campo magnético
o de los campos que dicha circulación de corriente que
genera. Recibe el nombre de pinza porque consta de un
sensor, en forma de pinza, que se abre y abraza el cable
al que se le va a hacer la medición.
Figura 4.
IV. MATERIALES Y EQUIPOS
EQUIPOS
• 1 voltímetro.
• 1 amperímetro.
• 1 Fuente de voltaje.
MATERIALES
• Resistencia 3kΩ
V. PROCEDIMIENTO
1. Monte el circuito que se muestra a continuación
Figura 5.
Mida la corriente y la tensión y consigne sus valores;
Tome varias lecturas haciendo variar la tensión de la
fuente.
2. Monte el circuito de que se muestra:
Figura 6.
2

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Mida la corriente y la tensión y consigne los resultados,
tome varias lecturas haciendo variar la tensión de la
fuente.
VI. TOMA DE DATOS
Datos para el circuito de la figura 5:
(V) (mA) (V) (mA)
0 0 0,6222 0,014
2 0,76 2,11 0,703
4 1,36 4,06 1,355
6 2,10 6,07 2,025
8 2,68 7,90 2,654
10 3,30 9,96 3,29
12 3,95 12,01 3,96
14 4,62 14 4,62
16 5,29 16,07 5,26
18 5,95 17,99 5,95
20 6,65 19,98 6,61
Tabla 1
Datos para el circuito de la figura 6:
(V) (mA) (V) (mA)
0 0 0,04 0,009
2 0,81 2,08 0,693
4 1,39 4,00 1,333
6 2,08 6,03 2,002
8 2,70 8,05 2,681
10 3,33 10,06 3,321
12 3,98 12,02 3,996
14 4,62 14,08 4,648
16 5,306 16,00 5,306
18 5,97 17,92 5,952
20 6,62 19,85 6,578
Tabla 2
VII. CARACTERISCAS A OBTENER
1. Potencia disipada por el resistor:
Circuito de la figura 5:
(V) P del
resistor(mW)
0 0,00871
2 1,4833
4 5,50
6 12,29
8 20,96
10 32,76
12 47,55
14 64,68
16 84,52
18 107,04
20 132,06
Tabla 3.
Circuito de la figura 6:
(V) P del
resistor(mW)
0 0,00036
2 1,44
4 5,332
6 12,07
8 21,58
10 33,40
12 48,03
14 65,44
16 84,89
18 106,65
20 130,57
Tabla 4
2. Potencia disipada por la fuente:
Figura –
(mW)
Figura –
(mW)
0 0
1,52 1,62
5,44 5,56
12,6 12,48
21,44 21,6
33 33,3
47,4 47,76
64,68 64,68
83,84 84,89
106,92 107,46
133 132,4
Tabla 5.
3. Errores relativos y absolutos:
Circuito de la figura 5:
(V)
Iv = I – Ir
(mA)
Error
absoluto=
P – Pr (mW)
Error
relativo=
Iv/Ir
0 -0,014 0,0871 -1
2 0,057 0,0367 4,071
4 0,005 -0,06 0,00369
6 0,075 0,31 0,037
8 0,026 0,48 0,0096
10 0,01 0,24 0,0030
12 -0,01 -0,15 0,0025
14 0 0 0
16 0,03 -0,68 0,0056
18 0 -0,12 0
20 0,04 0,94 0,0060
Tabla 6
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Circuito de la figura 6:
(V)
Iv = I – Ir
(mA)
Error
absoluto=
P – Pr (mW)
Error
relativo=
Iv/Ir
0 -0,009 -0,00036 -1
2 0,117 0,18 0,1688
4 0,057 0,228 0,042
6 0,078 0,41 0,0389
8 0,019 0,02 0,0071
10 0,0089 -0,1 0,00267
12 -0,016 -0,27 0,0030
14 -0,028 -0,76 0,00602
16 0 0 0
18 0,018 0,81 0,00302
20 0,084 1,83 0,0127
Tabla 7.
4. Resistencia interna del voltímetro y el
amperímetro:
Circuito de la figura 5:
(V)
Rv (kΩ)=
R/Error relativo
0 -3
2 0,7396
4 813.0081
6 81,081
8 312,5
10 1000
12 1200
14 ------
16 535,71
18 ------
20 500
Tabla 8.
Circuito de la figura 6:
(V)
Rv (kΩ)=
R/Error
relativo
0 -3
2 17,77
4 71,42
6 77,12
8 42,25
10 1123,59
12 1000
14 498,34
16 ------
18 993,37
20 236,22
Tabla 9.
5. Efecto de carga para la variante a):
De la ecuación de la gráfica podemos deducir que el
error por efecto de carga es de 0,1434.
6. Construya una gráfica con los valores de
las lecturas del voltímetro y amperímetro y
calcule el valor de la resistencia eléctrica
haciendo uso de un ajuste por mínimos
cuadrados de una recta. Compare con el
valor comercial del resistor usado:
Figura 7.
VIII. CUESTIONARIO
1. Para el mismo resistor. ¿Cómo varia la
potencia disipada por este en los dos
montajes?
Los vatímetros electrodinámicos tienen dos bobinas una
móvil y una fija, en el momento que fluye entre ellas una
corriente, se produce unos campos magnéticos que
genera un torque en la bobina móvil, esto sucede si se
instalan correctamente las bobinas tomando en cuenta
su polaridad, si la conexión es incorrecta lectura va a ser
errónea y si la conexión es correcta la potencia disipada
en ambos montajes es igual.
P circuito figura 5 (mW) P circuito figura 6 (mW)
0,00871
1,483
5,50
12,29
20,96
32,76
Tabla comparativa de las potencias disipadas por el
resistor.
Tabla 10.
2. Enuncie el valor del error cometido por el
efecto de carga en el montaje 1, y de acuerdo
con el resultado, indique que se debe hacer
para minimizar este tipo de error. Sustente
mediante Cálculos Matemáticos.
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Facultad Seccional Duitama Medidas eléctricas y electrónicas
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Para medir la potencia total consumida en un sistema
trifásico trefilar balanceado se necesita solamente un
vatímetro monofásico, en la figura 1 se indica un
diagrama fasorial y las respectivas ecuaciones para
hallar la potencia medida y la potencia reactiva, con
estas podemos hallar la potencia total del sistema
3. Del cálculo de la resistencia interna del
voltímetro y del amperímetro ¿Que se puede
decir de la clase de los instrumentos?
El sistema trifásico tetrafilar tiene sus fases y neutro y el
sistema trifilar solo tiene sus fases en la figura 8 se
indica la conexión del sistema tetrafilar y en la figura 9 la
del trifilar, difieren en el número de vatímetros
conectados a cada sistema, en el tetrafilar se requieren
3 vatímetros y en el trifilar solo se requieren 2
vatímetros.
Figura 8.
Circuito para la medición de potencia trifásica, carga con
neutro.
Figura 9.
Circuito para la medición de la potencia trifásica, carga
sin neutro.
4. ¿Puede calcularse la potencia disipada por
los conductores que van desde la fuente hacia
la carga?. Si su respuesta es afirmativa,
calculela si su respuesta es negativa sustente
técnicamente las razones que lo hacen
imposible.
El método de los dos vatímetros (conocido también
como Método ARÓN) se utiliza para medir la potencia
activa consumida por una carga equilibrada o
desequilibrada sin la línea de neutro. Las conexiones de
los dos vatímetros están representadas en la Figura 10.
Las bobinas amperimétrica se introducen en dos fases
cuales quiera de la red, y las bobinas voltimétricas se
conectan entre la fase que tiene la bobina amperimétrica
correspondiente y la fase restante.
Figura 10.
.
5. Idee un método que le permita medir la potencia
en un circuito DC haciendo uso de voltímetro y
amperímetro.
La forma más común es utilizar las medidas obtenidas
por el voltímetro y el amperímetro y mediante el uso de
alguna de las formulas conocidas P = V.I o P = (I)^2.R
calcular la potencia disipada por las resistencias, la
fuente, o la potencia total disipada.
IX. CONCLUSIONES
• El trabajo experimental muestra que los dos
métodos de medición de potencia en corriente
directa son similares ya que matemáticamente para
el montaje 1 y el montaje 2 la potencia de la
resistencia es la misma.
• Usando un solo vatímetro se puede medir la
potencia total consumida por un sistema
Monofásico, esto claramente si la carga es
balanceada, si es no es así se deben emplear
como mínimo con dos vatímetros para medir la
potencia total consumida (método de Aron)
• Es de vital importancia hacer el cálculo de los
errores en los ejercicios de laboratorio ya que nos
permiten analizar la exactitud y la precisión de los
valores medidos.
• Es de vital importancia realizar cálculos previos para
identificar el rango de corriente que puede soportar
los dispositivos a medir ya que a realizar las
mediciones pues podrían generarse daños en los
aparatos de medidas y hasta accidentes al personal
en los procedimientos.
X. BIBLIOGRAFIA
5

6. U.P.T.C. Formación básica profesional. Área (Eléctrica – Electrónica)
Facultad Seccional Duitama Medidas eléctricas y electrónicas
Escuela de Ingeniería Electromecánica 8109247
[1] BOLTON, Bill. Mediciones y pruebas eléctricas y
electrónicas. Barcelona,España : Maracaibo S.A., 1995.
[2] COOPER, W. HELFRICK,A. Instrumentación
electrónica y técnica de medición, caps 1y2. New
York :Englewoodcliffis Prentice Hall, Inc, 1985.
[3] M, Richard SMITH, F. WOLF, STANLEY. Guía para
mediciones electrónicas y practicas de laboratorio,
Mexico: Prentice Hall, 1992.
[4]http:/www.ceit.es/asignaturas/circuitos/pracitcas/PR_C
IR_03.pdf escuela superior de ingenieros de San
Sebastián Universidad De Navarra.
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7. U.P.T.C. Formación básica profesional. Área (Eléctrica – Electrónica)
Facultad Seccional Duitama Medidas eléctricas y electrónicas
Escuela de Ingeniería Electromecánica 8109247
[1] BOLTON, Bill. Mediciones y pruebas eléctricas y
electrónicas. Barcelona,España : Maracaibo S.A., 1995.
[2] COOPER, W. HELFRICK,A. Instrumentación
electrónica y técnica de medición, caps 1y2. New
York :Englewoodcliffis Prentice Hall, Inc, 1985.
[3] M, Richard SMITH, F. WOLF, STANLEY. Guía para
mediciones electrónicas y practicas de laboratorio,
Mexico: Prentice Hall, 1992.
[4]http:/www.ceit.es/asignaturas/circuitos/pracitcas/PR_C
IR_03.pdf escuela superior de ingenieros de San
Sebastián Universidad De Navarra.
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